Alan H. Guth ’69, PhD ’72

Forskningsinteresser

Det meste af professor Guths forskning har drejet sig om anvendelsen af teoretisk partikelfysik på det tidlige univers: Hvad kan partikelfysikken fortælle os om universets historie, og hvad kan kosmologien fortælle os om de grundlæggende naturlove? I 1981 foreslog han, at mange træk ved vores univers, herunder hvordan det blev så ensartet, og hvorfor det begyndte så tæt på den kritiske tæthed, kan forklares ved hjælp af en ny kosmologisk model, som han kaldte inflation. Inflation er en ændring af den konventionelle big bang-teori, som går ud på, at universets udvidelse blev drevet frem af en frastødende gravitationskraft, der blev skabt af en eksotisk form for stof. Selv om Guths oprindelige forslag var mangelfuldt (som han påpegede i sin oprindelige artikel), blev manglen hurtigt afhjulpet ved opfindelsen af “ny inflation” af Andrei Linde i Sovjetunionen og uafhængigt heraf af Andreas Albrecht og Paul Steinhardt i USA. Efter næsten 40 års udvikling og granskning ser beviserne for den inflationære universmodel nu bedre ud end nogensinde.

En af de fascinerende konsekvenser af inflation er, at kvantefluktuationer i det tidlige univers kan strækkes til astronomiske proportioner, hvilket giver kimen til universets storskala-struktur. Det forudsagte spektrum af disse fluktuationer blev beregnet af Guth og andre i 1982. Disse fluktuationer kan i dag ses som krusninger i den kosmiske baggrundsstråling, men amplituden af disse svage krusninger er kun omkring en del på 100.000. Ikke desto mindre blev disse krusninger opdaget af COBE-satellitten i 1992, og de er nu blevet målt med meget højere præcision af WMAP- og Planck-satellitterne og andre eksperimenter. Strålingens egenskaber viser sig at være i fremragende overensstemmelse med forudsigelserne i de enkleste inflationsmodeller.

I samarbejde med professor Edward Farhi og andre har Guth undersøgt spørgsmålet om, hvorvidt det i princippet er muligt at antænde inflation i et hypotetisk laboratorium og derved skabe et nyt univers. Svaret er et decideret måske. De viste, at det ikke kan gøres på klassisk vis, men med kvantetunnellering kunne det teoretisk set være muligt. Det nye univers, hvis det kan skabes, vil ikke bringe vores eget univers i fare, hvis det kan skabes. I stedet ville det glide gennem et ormehul og hurtigt afbryde forbindelsen helt.

Et andet fascinerende træk ved inflation er, at næsten alle versioner af inflation er evige – når inflationen først er begyndt, stopper den aldrig helt. Inflationen er slut i vores del af universet, men meget langt væk forventer man, at inflationen fortsætter, og at den vil fortsætte for evigt. Er det så muligt, at inflationen også er evig ind i fortiden? Guth har arbejdet sammen med Alex Vilenkin (Tufts) og Arvind Borde (Southampton College) for at vise, at det oppustede område af rumtiden må have en grænse i fortiden, og at der vil være behov for en ny fysik, måske en kvanteteori om skabelse, for at forstå den.

Meget af Guths nuværende arbejde vedrører også studiet af tæthedsfluktuationer, der opstår som følge af inflation: Hvad er konsekvenserne af nye former for inflation? Kan den underliggende teori gøres mere stringent?

Guths tidligere arbejde har bl.a. omfattet studiet af lattice gauge theory, magnetiske monopoler og instantoner, Gott-tidsmaskiner og en række andre emner inden for teoretisk fysik.

Biografisk skitse

Professor Alan Guth blev født i New Brunswick, New Jersey, i 1947. Han voksede op og gik i de offentlige skoler i Highland Park, NJ, men sprang sit sidste år i high school over for at begynde at studere på Massachusetts Institute of Technology. Han blev på MIT fra 1964 til 1971, hvor han opnåede S.B., S.M. og Ph.D. grader, alle i fysik. Hans ph.d.-afhandling, som han lavede under ledelse af Francis Low, var en undersøgelse af en tidlig model for, hvordan kvarker kombineres for at danne de elementarpartikler, som vi observerer.

I de næste ni år havde Guth postdoc-stillinger ved Princeton University, Columbia University, Cornell University og Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), hvor han hovedsagelig arbejdede med ret abstrakte matematiske problemer inden for teorien om elementarpartikler. Mens Guth var på Cornell, blev han imidlertid kontaktet af en anden postdoc-fysiker, Henry Tye, som overtalte Guth til at gå med ham i studiet af produktionen af magnetiske monopoler i det tidlige univers. Dette arbejde ændrede retningen for Guths karriere. Det følgende år på SLAC fortsatte han med at arbejde sammen med Tye om magnetiske monopoler. De fandt ud af, at standardantagelserne inden for partikelfysik og kosmologi ville føre til en fantastisk overproduktion af magnetiske monopoler, en konklusion, som John Preskill, der dengang arbejdede på Harvard (nu på Caltech), var nået til lidt tidligere. Guth og Tye begyndte at søge efter alternativer, der kunne undgå problemet med overproduktion af magnetiske monopoler, og ud fra dette arbejde opfandt Guth en modifikation af big bang-teorien kaldet det inflationære univers.

Den følgende september (1980) vendte Guth tilbage til MIT som associeret professor.